بهترین روش های موثر برای مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله

وقوع بلایای طبیعی از جمله زلزله همواره امنیت بشر را تهدید کرده و می‌کند، لذا مقاوم ساختن سازه‌های انسانی در مقابل شدت تخریب این بلایا، تأثیر غیر قابل انکاری در حفظ جان و مال افراد دارد. در این میان نقش سازندگان ساختمان در احداث بنایی محکم، ایمن و باکیفیت، نه تنها از بعد تخصصی بلکه از منظر اخلاقی نیز بسیار مهم و حیاتی است. یکی از بهترین روش‌ها برای مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله، ساخت سازه‌های ارتجاعی است. ما در این مقاله از «گروه سروین» قصد داریم تا شما را با سایر تکنینک‌های ایمن‌سازی ساختمان در زمان وقوع زلزله آشنا کنیم پس تا انتهای مطلب همراه ما باشید.

منظور از مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله چیست؟

قبل از اینکه درباره مقاوم‌سازی ساختمان در برابر زلزله صحبت کنیم ابتدا بد نیست بدانید که مکانیسم وقوع زلزله به چه صورت است. زمین لرزه زمانی اتفاق می‌افتد که صفحات تکتونیکی در لیتوسفر یا همان بخش‌های زیرین زمین به هم برخورد کرده و جابه‌جا می‌شوند. حرکت این صفحات انرژی عظیمی را تولید می‌کند که از مرکز زمین لرزه به صورت امواج متحدالمرکز افقی و عمودی ساطع می‌گردند. فشار این امواج بسته به شدت آن‌ها باعث شکاف زمین می‌شوند. اگرچه ساختمان‌ها می‌توانند فشارهای عمودی ناشی از گرانش زمین را به خوبی تحمل کنند اما در مقابل این امواج ضربه‌ای و جانبی آسیب‌پذیرند مگر اینکه در مرحله طراحی مهندسی سازه و مرحله ساخت، اقدامات لازم برای مقاوم سازی آن‌ها صورت گرفته‌باشد.

با توجه به شیوه عملکرد زلزله و دانش و فناوری کنونی ما، می‌توان گفت که در حال حاضر امکان ساخت ساختمان‌های ضد زلزله‌ای که صددرصد در مقابل تنش‌های صفحات زمین مقاوم باشند وجود ندارد اما به کمک تکنیک‌های مهندسی زلزله می‌توان شانس بقای ساختمان‌ها و ساکنان آن‌ها را به شدت افزایش داد. برای مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله؛ ساختمان‌ها، سازه‌ها و پی آن‌ها باید به گونه‌ای ساخته شوند که در برابر بارهای جانبی مقاوم باشند. طبق گفته منبع معتبر publicsafety بهترین شیوه بهینه‌سازی سازه در برابر زلزله شامل: انحراف، جذب، انتقال یا توزیع ارتعاشات ناشی از فعالیت لرزه‌ای است. در واقع معماران و مهندسان با در نظر داشتن اصول ایمنی در ساخت و ساز، ساختمان‌های ضد زلزله را با تکنیک‌هایی چون؛ تعبیه پایه‌های انعطاف‌پذیر، میرایی، فن‌آوری انحراف ارتعاش، دیوارهای برشی، مهاربندی‌های متقاطع، دیافراگم‌ها و قاب‌های مقاوم در برابر زلزله ایمن می‌کنند.

۱. استفاده از سیستم جداسازی پایه‌

یکی از روش‌های مؤثر برای جلوگیری از عبور امواج شوک ناشی از زلزله در ساختمان، قرار دادن پی آن روی لنت‌های انعطاف‌پذیر است که بین فونداسیون و زمین حائل ایجاد می‌کنند تا از این طریق هنگام وقوع زلزله، با حرکت نرم پایه‌ها، امواج به شکلی یکنواخت پخش شده و مانع از ترک‌خوردگی و یا ریزش ساختمان شوند. در واقع با استفاده از فناوری جداسازی پایه، لنت‌ها ارتعاشات را جذب و به طور موثر دفع می‌کنند. طبق اصول ساختمان سازی به‌ کمک موارد زیر می‌توانید بنایی با فونداسیون منعطف را پایه‌ریزی کنید:

• استفاده از پدهای انعطاف‌پذیر: این پدهای تخصصی که از لاستیک، فولاد، سرب و یا کامپوزیت‌های فولادی-لاستیکی مهندسی شده ساخته شده‌اند خاصیت ارتجاعی بسیار بالایی دارند. پدهای انعطاف‌پذیر می‌توانند شوک‌های لرزه‌ای را با ضریب بسیار بالا مهار کنند. این لنت‌ها در واقع مثل یک ضربه‌گیر قدرتمند عمل می‌کنند.
•  جداسازی فونداسیون: با جدا کردن ساختمان از زمین، پد یا لنت‌های انعطاف‌پذیر امکان حرکت مستقل در زمان وقوع زلزله را فراهم می‌کنند. این جداسازی تنش سازه را به حداقل می‌رساند و مقاومت کلی لرزه‌ای را افزایش می‌دهد.

۲. اجرای دیوارهای برشی

دیوار یا پانل‌های برشی از سازه در برابر نیروهای افقی (جانبی) ناشی از زلزله یا وزش باد و طوفان شدید محافظت می‌کنند.
یک دیوار برشی، وزن وارد بر خود را تحمل نموده و بار را در امتداد تیرهای عمودی به پایه منتقل می‌کند. در بحث مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله، شکل و نحوه قرارگیری دیوار برشی به طور قابل توجهی بر رفتار سازه و تاب‌آوری آن تأثیر می‌گذارد. از نظر سازه‌ای بهترین موقعیت برای قرارگیری درست دیوارهای برشی، نصب آن در مرکز هر نیمه ساختمان است اما در واقعیت به ندرت می‌توان به این استاندارد پایبند بود، به همین علت مهندسین از دیوار برشی در گوشه‌ها و انتهای سازه‌های ساختمانی استفاده می‌کنند.

۳. استفاده از میراگیر یا دمپر

دمپر یا میراگیرها نقش بسیار پر رنگی در کاهش بزرگی امواج ضربه‌ای ناشی از زلزله دارند، به‌طوریکه می‌توانند تا ۵۰ درصد از جابه‌جایی کلی ساختمان جلوگیری کنند. دمپرها به صورت استراتژیک در سرتاسر ساختمان، به خصوص بین ستون‌ها و تیرها قرار می‌گیرند. این نحوه توزیع به شکل موثری نوسان ساختمان را در هنگام زلزله تنظیم و به حداقل ممکن می‌رساند. میراگیرها انواع مختلفی دارند که میراگیر اصطکاکی، سربی، هیسترزیس، تشعشعی، ویسکوز و کمانش تاب جزو پر‌کاربرد‌ترین آن‌ها در حوزه ساختمان‌سازی است.

۴. کامپوزیت سیمانی شکل پذیر یا بتن ECC

این پوشش سازگار با محیط زیست را می‌توان کلید تقویت و مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله دانست. کامپوزیت سیمانی شکل‌پذیر یک نوع سیمان تقویت شده با الیافی با خواص مشابه فولاد است که تا ۵۰۰ برابر مقاوم‌تر از بتن عادی عمل می‌کند. تحقیقات دانشمندان نشان داده‌است که استفاده از لایه‌ای به ضخامت ۱۰ میلی‌متر از این ماده روی دیوارهای داخلی، آن‌ها را در برابر آسیب‌دیدگی در طول زلزله‌ای با قدرت ۹ ریشتر نیز (زلزله شبیه‌سازی شده) محافظت می‌کند. این محصول برخلاف بتن استاندارد و معمولی از تاب‌آوری بسیار بالایی در برابر استرس‌های افقی و عمومی برخوردار است. استفاده از بتن ECC تأثیر مثبتی در کاهش هزینه ساختمان سازی و زمان اتمام پروژه دارد.

۵. پوشش نامرئی لرزه‌ای

یکی از جدیدترین روش‌ها برای محافظت از ساختمان‌ها در برابر ارتعاشات ناشی از زمین لرزه، ایجاد یک “پوشش نامرئی لرزه‌ای” است. این پوشش شامل حلقه‌های متحدالمرکز متعددی است که به دقت در زیر شالوده ساختمان قرار می‌گیرند و یک سد دینامیکی در برابر امواج لرزه ای ایجاد می‌کنند. پوشش نامرئی به‌طور هوشمندانه انرژی قدرتمند امواج لرزه‌ای را هنگام برخورد با حلقه‌های متحدالمرکز خود کنترل نموده و با ایجاد تغییر در مسیر حرکت آن‌ها، از ساختار آسیب‌پذیر ساختمان در برابر امواج ضربه‌ای محافظت می‌کند. این فناوری نوین هرگونه تأثیر نامطلوب سازه‌ای را به حداقل رسانده و پایداری کلی ساختمان در برابر زلزله را افزایش می‌دهد.

۶. استفاده از مصالح مقاوم و پایدار

مصالح باکیفیت، انعطاف‌پذیر و مقاوم، استحکام و پایداری سازه را در برابر نیروهای جانبی افزایش می‌دهند و به آن‌ها اجازه می‌دهند تا لرزش‌های شدید را تحمل نموده و از جان و مال ساکنین در طول رویدادهای لرزه‌ای محافظت نمایند. از این‌رو خرید مصالح خاصی مانند: بتن مسلح، بتن پیش ساخته، مهاربندهای فولادی و دیوارهای برشی برای ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله ضروری هستند که در زیر به ویژگی‌های آن‌ها اشاره می‌کنیم:

• بتن مسلح: این ماده مستحکم، با ریخته‌گری میله‌های فولادی در داخل بتن تقویت می‌شود. این شیوه تولید، استحکام کششی و شکل‌پذیری بتن را بهبود می‌بخشد و به آن اجازه می‌دهد تا بدون شکستگی در حین فعالیت لرزه‌ای خم شده و تغییر شکل دهد.
• قاب‌های لحظه‌ای فولادی: این قاب‌ها به طور خاص برای جلوگیری از فروپاشی و مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله طراحی می‌شوند. آن‌ها با خم شدن و انعطاف لازم در هنگام وقوع زمین لرزه، امواج افقی را به خود جذب نموده و قدرت تخریب‌شان را کاهش می‌دهند.
• دیوارهای بتنی پیش ساخته: این دیوارها در خارج از محل ساخته و سپس به هم جوش داده می‌شوند. دیوارهای پیش ساخته بتنی مقاومت بسیار خوبی در برابر نیروهای جانبی دارند و به کاهش اثرات تخریبی زلزله کمک می‌کنند.
• مهاربندهای فولادی سازه: مهاربندهای فولادی مورب، یک قاب سفت و سخت را در سازه تشکیل می‌دهند. استفاده از آن‌ها برای جلوگیری از تاب خوردن و اعوجاج جانبی ساختمان بسیار مهم است. به‌طورکلی استحکام، انعطاف‌پذیری و وزن سبک فولاد، آن را به ماده‌ای حیاتی برای مقاومت در برابر لرزه تبدیل کرده‌است.
• دیوارهای برشی بتنی‌: همانطور که در بخش‌های قبل هم اشاره کردیم، دیوارهای برشی با اتصال ایمن به فونداسیون و سقف‌ها، پایداری سازه را به حداکثر رسانده و مانع از تخریب ساختمان در برابر استرس‌های امواج ضربه‌ای می‌شوند.

جمع بندی

شکوفایی فناوری در حوزه مهندسی زلزله باعث شده که نه تنها در بحث مدیریت پروژه‌های ساختمانی، بتوان سازه‌هایی مقاوم‌تر در برابر زلزله را بنا کرد، بلکه حتی قابلیت بازسازی ساختمان‌های قدیمی‌تر براساس استانداردهای ساخت‌وساز ضد زلزله را نیز ممکن ساخته‌است. به این ترتیب برای مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله از لحظه بتن‌ریزی تا پایان مراحل اجرایی می‌توان با استفاده از تکنیک‌های روز دنیا مثل: سیستم جداسازی پایه، اجرای دیوارهای برشی، استفاده از میراگیر یا دمپرهای حرکتی، اجرای کامپوزیت سیمانی شکل پذیر یا بتن ECC، به کارگیری پوشش نامرئی لرزه‌ای و استفاده از مصالح مقاوم و پایدار اثرات امواج ضربه‌ای و جانبی زلزله را مهار نموده و شدت تخریب را به حداقل ممکن رساند. ما در شرکت مهندسی سروین به عنوان مجری سازه‌های مهندسی شده مقاوم در برابر زلزله هم‌چون: پروژه فرمانیه، پروژه رویال سروین و … آمادگی لازم برای ارائه هرگونه مشاوره در حوزه ساخت‌وساز و یا تنظیم قراردادهای مشارکتی را داریم. بدین منظور می‌توانید از طریق راه‌های ارتباطی موجود با مشاورین ما در تماس باشید.

سوالات متداول

بهترین تکنیک‌های مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله چیست؟

باتوجه به پیشرفت فناوری می‌توان گفت که اکنون مهندسین از شیوه‌های متعدد هم‌چون: استفاده از سیستم جداسازی پایه، نصب دیوارهای برشی، استفاده از میراگیر یا دمپرهای حرکتی، اجرای کامپوزیت سیمانی شکل پذیر یا بتن ECC، به کارگیری پوشش نامرئی لرزه‌ای و استفاده از مصالح مقاوم و پایدار برای بهینه‌سازی ساختمان در برابر زلزله استفاده می‌کنند.

منظور از سیستم جداسازی پایه در مقاوم‌سازی ساختمان چیست؟

منظور از جداسازی پایه در ساختمان‌سازی، قرار دادن پی آن روی لنت‌های انعطاف‌پذیر است که بین فونداسیون و زمین حائل ایجاد می‌کنند تا از این طریق هنگام وقوع زلزله، با حرکت نرم پایه‌ها، امواج به شکلی یکنواخت پخش شده و مانع از ترک‌خوردگی و یا ریزش ساختمان شوند.

بتن ECC چه تفاوتی با بتن معمولی دارد؟

کامپوزیت سیمانی شکل‌پذیر یک نوع سیمان تقویت شده با الیافی با خواص مشابه فولاد است که تا ۵۰۰ برابر مقاوم‌تر از بتن عادی عمل می‌کند و از نظر ماندگاری نیز طول عمر بیشتری نسبت به بتن استاندارد دارد.